Desbalanceo Mecanico.pdf

LGM-09-03

2009-marzo

a í u G a L

Desbalanceo Mecánico El desbalanceo mecánico en elementos rotatorios (rotor) se ha convertido en un problema importante en el desarrollo de maquinaria moderna, especialmente en donde altas velocidades y la confiabilidad son de extrema importancia. El desbalanceo mecánico es la fuente de vibración más común en sistemas con elementos rotativos, todo rotor mantiene un nivel de desbalanceo residual, el hecho de que estos generen vibraciones o no, dependen básicamente de que estos operen dentro de las tolerancias de calidad establecidas en las normas para las características y velocidades del rotor en cuestión. El mantener el desbalanceo residual dentro de tolerancias permitirá:

s o d a i c o s A S s o g O o S l A ó S r O t G e O L M Ó



Evitar falla por fatiga en estructuras y elementos asociadas al elemento eleme nto rota rotator torio, io,



Incr Inc rementar eme ntar la la vida vida útil útil del de l sis sistema tema rotator ota torio io y u o máq uina uina,,



A horr horro d e ener e nergía, gía,



Prevenir cargas excesivas en rodamientos debido a sobrecargas.

Ap A pasionados por la Metrología

Ser ervi vicios cios Metrológi rológicos: cos:

O

D A I C

R T E

La Guía MetAs, As, es el boletín boletín electrónico de difusión difusión periódica de Laborator oratoriiodeCal aliibración: MetAs tAs & Metrólogos etrólogos Asociados. Presión, Presión,Alto AltoVacío,Temperatura, Humedad,Eléctri ctrica,Vibraci raciones,Masa,Densidad sidad, Volumeny enyÓptica

En La En LaGuía MetAs se As se presentan: notici noticias as de la metrolo trología, gía, artículos los e inf informa ormación técnica; seleccionada por nuestros colaboradores, que deseamos compartir con Usted, coleg colegas, usuarios, arios, clientes, clientes, estudiantes, amigos y en fin, fin, con todos todos aquellllos os intere interesados o relacionad ionados con la la metrología trología técnica e industrial.

&

M

s A S t A e T E M M &

a

í

u

G

a

L

Calle: Jalisco Jalisco # 313. Colonia: Colonia: Centro 49 000, Cd. Guzmá Guzmán, Zapotlán Zapotlán El Grand Grande, Jalisco, México Teléfono eléfono & Fax: 01 (341) 4 13 61 23 &4 14 69 12 con tres líneas líneas E-mail: il: [email protected]. Web: www.metas.com.mx tas.com.mx

Ingeniería: Selecciónde óndeEquipos,Desarroll DesarrollodeSistemasde Medición iónyySoftware, oftware,Reparacióny nyMantenimiento

Gesti estión ónMetr etrol ológica gica: Subcontratación ontrataciónde deServici rvicios, Outsourcing, Selección deProveedores, Confirm onfirmaciónM nMetrológi etrológica

Consultoría: Capacitación, Entrenam trenamiento, Asesoría, Auditor oríías, EnsayosdeAptitud, Aptitud,Sistem SistemasdeCalidad

Trusted by over 1 million members

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.





Págin Página 2

LA GUÍA GUÍ A METAS METAS

Causas del desbalanceo mecánico Existe una gran cantidad de fuentes del desbalanceo mecánico en maquinaria rotativa, las más comunes son:

Severidad depende de: Geometría + Ve V elocidad + Masa + Planos Plano s C.



Falta de homogeneidad en materiales, especialmente en fundic iones, iones, en la la s c uales la presenc presenc ia de burbujas burbujas de a ire es e s una c a usa común de desbalanceo,



Flecha lec has s flexi flexiona ona da s,



Errores de maquinado y tolerancias en el proceso de manufactura,



C a mbio mbio de c omponent ompo nentes es del de l rotor rotor dura dura nte nte ope o perra c iones de mantenimiento,



Desga Desga ste irr irregul eg ula a r dura dura nte nte la oper op era a c ión de d e la máqui máq uina, na,



Depósitos de material acumulados durante la operación de la máquina,



Dis Distors torsión del de l roto rotorr d ebida eb ida a gradientes grad ientes d e tempe te mperra tura tura ,



Etc.

Severidad del desbalanceo dinámico Tod Todo o rotor pos po see un des de sba la nceo nce o resi esidual dua l, La a plic plic ac ión de una una técnica matemátic matemátic a y de un equipo equipo de medición par pa ra reducir ed ucir al des de sb a lanc eo a sus más má s ba jos límit ímites es de vibrac ión, muc muc has ha s vec es resu resullta inapropiado y muy costoso, debido a eso surgen normas que satisfacen los requerimientos para asegurar el buen funcionamiento de estos elementos, en donde se conjuga el compromiso técnico y el económico. Estas normas consideran elementos esenciales que habrán de tomarse en cuenta antes de seleccionar los criterios de aceptación del de l des de sba la nceo nc eo resi esidual dua l, al a lgunas guna s de estas estas cons co nsider idera a c iones son: 1. Geometría propia del elemento rotatorio, 2. Veloci Veloc ida d de giro, giro, 3. Masa inercial del elemento,





Págin Página 3


En este c a so mostr mostra remos emo s los límit límites es d e erro erro r (toler (tole ra ncias) nc ias) q ue a p lic lic a n pa ra ro tores rígidos ígido s, la la nor no rma q ue a p lic lic a e s la: ISO ISO 1940 1940-1: -1:20 2003 03

Mecha echani nica cal vi vibrati bration on - Balance quality lity requireme requirements for for roto rotors rs in a constant stant (rig (rigid) state state - Part 1: Specif pecification ication and verif verification ication of of balance balance tolertolerances. Relación entre desbalanceo permitido y la masa del rotor En gener ge nera a l, es ta ta n grande el des de sba la nceo nc eo residual esidual pe rmiti mitido do en un rotor de gran masa, que sin embargo, el valor permisible residual U de un rotor de masa m en términos específicos, están dados por de p e r la siguiente fórmula:

U Per =ePer ⋅ m

El producto producto e p e r ·ω

Determina el Grado de Calidad del Balanceo

Si se considera que existen n geometrías de rotores, se puede establec establecer er el cas c aso o es e spec pe c ial donde do nde todo des de sba la nceo nce o pres present ente e en e n un rotor pueda ser reducido al sistema equivalente de un único desbala nceo nc eo,, loc loc a liza iza do en un plano tra tra nsver nsvers sa l a lo la la rgo de la flec flec ha a xia l asumiendo un desbalanceo tipo cople igual a cero, se considera entonces que el e p e r es un equivalente del desplazamiento permisible del de l c entro entro d e mas ma sa del de l rotor al eje eje a xia l de la flec flec ha. Grad ados os de calidad c alidad relat elativos ivos a la velocidad velocidad de ser ervi vic c io y desbalanc desbalanceo eo es espec pecíf ífic ico o La exper expe riencia ienc ia muestr muestra a que en gene g enerra l, pa ra rotor oto res del de l mis mismo mo tipo tipo de e p e r , este varía inversamente a la velocidad del rotor en el intervalo tervalo de veloc veloc idad da d mostr mostra a do en el diagr diag ra ma 1, en donde dond e pa ra un deter de termi minado nado grad grad o de c alida alida d la relac ión está está dad d ad a por po r la siguiente guiente fórmula:

e

per

⋅ω = Constante

Donde: ω es es la velocidad angular del rotor a la máxima velocidad de servicio. Esta relación demuestra que, para un rotor geométricamente similar y girando a perímetros de velocidad semejantes, los esfuerzos en rodamientos y rotores son los mismos. La tabla de grados de calidad están basados en esta relación. C ada ad a grad grado o de d e ba lanc eo d e c alida alidad d es most mostrado ad o en el diag diagrrama 1 y contiene un intervalo de desbalanceo específico permisible,





Págin Página 4

Grados de Calidad Cali dad de: Balanceo Vs V s Tipo de Rotor


Calidad Balanceo Grados G G 4000

mm/s 4 000

G 1600

1 600

G 630

630

G 250

250

G 100

100

G 40

40

G 16

16

G 6.3

6,3

G 2.5

2,5

G1

1

G 0.4

0,4

e per ω

Tipos de Rotor Ejemplos Generales Juego de ejes montados en motores marinos diesel lentos con diferente número de cilindros. Juego de ejes rígidos montados a maquinaria de dos ciclos. Juegos de ejes rígidos montados en maquinaria de cuatro ciclos y rotores flexi bles en motores diesel marinos. Rotores rígidos rápidos, motores diesel de cuatro cilindros. Rotores rápidos diesel con seis o mas cilindros, gasolina o diesel para camiones y locomotoras. Ruedas y aros de automóviles compactos. Ejes de transmisión automotrices, partes de máquinas agrícolas y trituradoras. Ejes de transmisión de requisitos especiales, rotores de maquinaria de procesamiento, envasadoras centrífugas, abanicos, volantes, bombas centrífugas, armaduras estándar de motores eléctricos, máquinas en general. Turbinas, sopladores, generadores, armaduras de tamaño mediano y grande para requisitos especiales, bombas con unidad motriz de turbina. Rotores de motores de reacción y sobrecargados, unidades motrices de grabadoras y tocadiscos. Armaduras, ejes y molduras de máquinas esmeriladoras de precisión.

Tabla 1. Para grupo representativo de rotores





Págin Página 5


Ejemplo para determinar el desbalanceo residual permitido en un rotor Diagrama 1. Límites para grados de calidad del desbalanceo residual de ac uerdo a ISO ISO 1940 1940 Y ANSI S2.19. 2.19. Ejemplo de la determinación del desbalanceo residual utilizando el método a nter nteriior, datos da tos:: Vel Ve loc idad ida d de d e ope o perra c ión =5 000 min min -1, Se supo supone ne un ba la nceo nc eo 2 planos plano s, Peso del rotor = 250 kg ( m ), G ra do de ba la nceo nc eo requer eq uerido ido = 2.5 (G), (G ), C on los los da tos de veloc veloc ida d y grad grad o de d e balanc b alanceo eo requeri equerido se en-





Págin Página 6


Tipos de des desbalanc balanceo eo mec mecánico ánico Existen tres tipos de desbalanceo que están presentes en un sistema dinámic dinámic o rotator ota torio, io, éstos éstos se puede pue den n c la sific fic a r c omo: 1. Desbalanceo estático Es el caso más simple de desbalanceo, ocurre en un rotor uniforme de masa M montado en una flecha (rotor), cuando coincide su eje de rotación con su eje de simetría geométrica. Si una masa pequeña m se fija al rotor a una distancia r a a partir del eje de rotación, entonces el rotor estará desbalanceado. La fuerza centrífuga generada por la masa m cuando el disco rota a una velocidad de ω , está dada da da por: por: → 2→ F = m ω r

radio

Cg

Tipos de desbalanceo en rotores rígidos

e

r

m

m

Donde:

F = mω 2 r

F es la fuerza equivalente a la fuerza generada por una excentricidad es e , del centro de gravedad del rotor con respecto a su eje de rotación , M es e s la masa d el roto rotorr (kg), (kg), e es e s la ex e xc entricid entricida a d d el roto rotorr (m, metros), metros), C g es el centr c entro o de d e gr g ra veda ved a d d el rotor rotor..

2. Desbalanceo cople o par En el caso de un cilindro, como se muestra en la figura, es posible tener dos do s masa masa s igual gua les, es, loc loc a liza da s a una di d istanc ia igual gua l del c entro de gravedad, pero opuestas. En este caso el rotor está balanceado estáticamente, sin embargo las dos masas causan un cambio de orientación de los ejes de inercia F principales centroidales. Este tipo de







Págin Página 7


3. Desbalanceo dinámico Normalmente el desbalanceo en un rotor es la combinación de desbalanceo estático y desbalanceo de cople, como se muestra en la figura. Para corregir el desbalanceo dinámico es necesario hacer medici medic iones de vibrac vibrac ión mientr mientra s el rotor rotor está está tra tra ba ja ndo y hac er coc orrecciones en dos planos. Lo anterior nos muestra de manera general los tipos de desbalanceo mecánico que podemos esperar en un sistema rotatorio, desafortunadamente la solución depende de una gran variedad de elementos que afectan las características propias de los elementos mecánicos al estar operando.

Principio básico para medi edir r un desbalanceo residual en un rotor

Estático

+

Cople Cople (par) (par)

Como medir el desbalanceo mecánico La magnitud del desbalanceo residual no puede ser obtenido por método directo, ésta es obtenida por medio de otras magnitudes, que son la de masa (g,

=

Dinámico





Págin Página 8


Un medidor med idor de fase fase (φ0 ) c ompar ompa ra la señal del ac eleróelerómetro y la del sensor óptico para obtener el ángulo de fase e ntre ntre e stas ta s d o s seña les. les. Una vez obtenidos los datos anteriores se procede a montar una masa de prueba m p en el e l rotor rotor y se se hac en las med mediic iones one s de vibrac vibrac ión ( A 1 ) y veloc veloc idad da d ω ) del rotor ( ω pa ra obtener ob tener el dato de d e fase fase ( φ1). 1 1 pa Conjuntando los datos, es posible calcular la magnitud y la posic ión de la masa masa que deb d ebe e tener la mas ma sa de c orr orrec c ión pa ra el balanc eo del de l rotor. rotor. Pa Pa ra lo c ual es nec nec esa esa rio c onoc er bien los los si siguientes guientes asaspec pe c tos: tos: Selec Selecc c ión de la masa masa de prueba prueba,, cá lc ulo ulo de d e la pos p osiic ión de la masa de corrección, aseguramiento de las mediciones (calibración del de l ins instr trument umento) o) y montaje d e la masa masa de c orrec orrec c ión.

Midiendo el Desbalanceo Mecánico

C omo cor c orrregir el desbalanc desbalanceo eo mecánico mec ánico Existen una gran diversidad de algoritmos matemáticos que se utilizan para la corrección del desbalanceo residual, la aplicación de estos depende de las características propias del elemento a ser balanceado, y el lugar en donde se efectuará dicha corrección. En MetAs & Metrólogos Asociados con-

Desbalanceo Mecanico.pdf

Recommend Documents